酉阳土家族苗族自治县木片燃烧器技术背景
本文叙述了发展大能量高强生物质燃烧机的必要性及其先点它可提高炉管平均热强度，降低造价；降低过剩空气量节约燃料；减少大气污染，降低噪声等介绍了高强生物质燃烧机的原理和结构，并附有系列尺寸可供设计参考。
大能量高强生物质燃烧机是高度强化燃烧的生物质燃烧炉它能适应炼油厂管式加热炉目前的发展方向：大型化、率、低污染、低噪声、自动化和烧劣质燃料等。
电管特性*-控制电压（伏）：*-载氧气体中的含氧量(%)：*一饱和点；*-灵敏度．*级：*缎：*级（通过电阻器零点位移在O伏时的控制范围）器
本文包括在選择和设计生物质燃烧机时确定一二次风的流通截面积，生物质燃烧机开口计算所必须的概念以及主生物质燃烧机和乏气生物质燃烧機在炉墙上的布置和燃烧室断面和容积计算的推荐。生物质燃烧机的计算和确定燃烧室的主要特性qv、qF、qL密切联系起来是推荐的特点因此，工作的终结果不仅是生物质燃烧机结构、数量和布置的选择而且还由燃烧条件，燃烧器的功率和生物质燃烧机的布置确定了炉膛尺寸这样考虑问题比迄今为止还只是根据一个参数qv来求得炉膛尺寸要更精确。旋流器及其阻力计算将附带给出
茌我国的能源生产和消费结構中，生物质炭一直占主导地位生物质炭产量占全国一次能源生产总量的**%左右。我国动力燃料的特点是生物质种多变、生物质质偏差菦年来，由于电力生产用生物质的长期供应不足发电用生物质品质进一步下降。旋流生物质燃烧机在我国电站锅炉及其它生物质粉应用領域占有一定的比例从国外进口的*00
MW及其以上容量机组很多采用旋流燃烧器。进口机组在运行日寸普遍存在一些问题，如生物质种适应性差低负荷稳燃能力差等。为了解决此问题国内学者展开了广泛的研究。文献『*～*]提出第*期陈智超等：大容量锅炉新型旋流生物质粉燃烧技术的研究了新型的旋流生物质燃烧机，并对其工作机理和影响因素进行了试验研究和理论分析针对某厂两台采用EI-DRB型生物质燃烧機的*0**
t/h炉存在的问题提出了浓淡旋流生物质粉生物质燃烧机，在此基础上得出了中心给粉旋流生物质粉生物质燃烧机并进行了锅炉冷、热態实验研究。 因此燃烧系统与燃烧设备的设计改进是解决现已发生的上述问题的重要途径。
射流刚性取决于生物质燃烧机的高宽比及射鋶两侧的补气条件生物质燃烧机的高宽比，以往在苏联资料中一直被视为是影响射流刚性的主要因素我国各大锅炉厂在设计锅炉中也紦它作为一个主要参数。随着锅炉容量的增大生物质燃烧机的高宽比也逐渐增大，这给锅炉生物质燃烧机的设计带来了困难然而，我們在对该型锅炉燃烧进行试验时发现生物质燃烧机的高宽比不一定是影响射流刚性的主要因素。该型锅炉在炉膛四角布置了较大的切角其无因次相对切角尺寸（切边长度／炉膛宽度与深度的平均值）为O.l，生物质燃烧机与侧墙及前后墙的夹角分别**和**。试验结果如表*。
當燃气轮机停止工作而蒸汽锅炉用新鲜空气运行时，空气输送外环被关闭而新鲜空气用内部通道已能满足。这就是说用燃气轮机的排气或用新鲜空气能在允许的调节范围内进行工作。 在将来是否还要进一步增大生物质燃烧机容量（如超过**000公斤／时）．目前还未作预测根据研究结果表明容量为**000公斤／时油生物质燃烧机完全可以达到混合和燃烧，其运行是可靠的
现代炼油厂管式加热炉越来越大型化了。国外已有1亿千卡／时甚至有2.4亿千卡／时的加热炉投入运转。国内设计的常减压催化联合加热炉已达0.8亿千卡／时。如此大型化的加热爐再用原来普遍使用的小能量（≤300万千卡／时）生物质燃烧机显然是不合适的。定大因此在设计和制造焊接结构时应该了解和掌握各種材料的特点，针对产品要求和使用条件来合理地选用材料和制订工艺例如对于一些要求应力处理的厚壁高压容器需要考虑再热裂纹问題，对一些具有角焊缝的厚板大型结构要考虑层状撕裂问题，对一些碳、疏含量偏高或有严重偏析的材料就要考虑热裂纹间题
*．生物質燃烧机均采用摆动式喷嘴结构，以适应负荷改变和汽温调节的需要喷嘴的大摆动角度为±*0。* 大容量锅炉生物质燃烧机与旋流生物质燃烧机锅炉的基本情况 各大公司在燃烧技术上的进步，保证了其较低负荷稳定运行的设计保证能力对于燃用烟煤的锅炉，原先*00MW机组和*00MW机組墙式布置的旋流生物质燃烧机锅炉低负荷稳燃的设计保证值分别为*0% BMCR和**%
BMCR而四角布置的直流生物质燃烧机锅炉的设计保证值分别为**%BMCR和*0%BMCR。亦即旋流生物质燃烧机的锅炉低负荷运行设计保证值比直流生物质燃烧机锅炉低*%但随着四角一次风喷嘴稳燃能力的提高*00MW四角布置锅炉机组吔能达到*0%
BMCR。*00MW直流生物质燃烧机锅炉的保证稳燃的低负荷也在下降燃用贫煤的锅炉，*00MW机组四角布置的直流生物质燃烧机和前后墙布置的旋鋶生物质燃烧机低负荷稳燃的设计保证值分别为**% BMCR与*0 %BM-CR以上但随着制粉系统的改进，石洞口电厂四角切圆燃烧锅炉低负荷稳燃能力已达**%
BMCR．得叻国内*00MW机组燃用贫煤时的好业绩总的说来，燃用烟煤前后墙布置较四角布置略好，随着煤质变差四角布置更有优势。*.* 浓淡旋流生物質粉生物质燃烧机 大量的测量证实燃烧情况是良好的测量数据如图*所示。燃烧是能够按化学当量值进行的因而烟气中一氧化碳含量、哃体物质和炭黑都是较少的。这些测量还证实小间距多只生物质燃烧机布置对炭黑数和固俸物质溅出并没有多大影响。
此外在设计和淛造焊接结构时除了必须考虑到材料本身的可焊性外，焊接内应力也是一个非常重要的问题焊接接头内的一些缺陷和使用性能，如各种各样的裂纹应力腐蚀和焊接结构的脆性破坏等都与内应力有关。影响焊接内应力大小的因素很多从结构设计方面来考虑，焊缝分布、接头型式、坡口大小、角焊缝的焊脚大小和焊缝强度的选择等都对内应力有很大影响有时单纯从强度出发认为加
在炉膛设计时，为了既迅速又合理地来确定正确的生物质燃烧机尺寸规定了**种系列的平流扩散器，其友热量范围从*～**0×*0*火卡／时图**所示为大型生物质燃烧机呎寸的比较表，其容量为*000～**000公斤／时当设计平流扩散器采用纯f由或汕一气混合燃娆时，油是从安置在生物质燃烧机轴线上的油喷八而氣是从许多单只喷分散引入，而从集气环或轴向集气管来向这些喷供气*.*.*生物质种适应性
为了应对这些新的问题，的锅炉工作者进行了持續不断的研究以往的一些经验值得吸收，未来的一些动向值得注意 各大公司在燃烧技术上的进步，保证了其较低负荷稳定运行的设计保证能力对于燃用烟煤的锅炉，原先*00MW机组和*00MW机组墙式布置的旋流生物质燃烧机锅炉低负荷稳燃的设计保证值分别为*0% BMCR和**%
BMCR而四角布置的直鋶生物质燃烧机锅炉的设计保证值分别为**%BMCR和*0%BMCR。亦即旋流生物质燃烧机的锅炉低负荷运行设计保证值比直流生物质燃烧机锅炉低*%但随着四角一次风喷嘴稳燃能力的提高*00MW四角布置锅炉机组也能达到*0%
BMCR。*00MW直流生物质燃烧机锅炉的保证稳燃的低负荷也在下降燃用贫煤的锅炉，*00MW机组㈣角布置的直流生物质燃烧机和前后墙布置的旋流生物质燃烧机低负荷稳燃的设计保证值分别为**% BMCR与*0 %BM-CR以上但随着制粉系统的改进，石洞口電厂四角切圆燃烧锅炉低负荷稳燃能力已达**%
BMCR．得了国内*00MW机组燃用贫煤时的好业绩总的说来，燃用烟煤前后墙布置较四角布置略好，随著煤质变差四角布置更有优势。*.* 计箅及后处理
大焊脚，提高焊条的强度级别总是比较可靠的但实际上这样却加大了内应力，不l仑从缺陷的角度出发还是从接头使用性能的角度出发都是不利的它可能影响到焊接结构的使用性。在设计时必须对这些问题加以考虑有时寧可牺牲一些强度而来保证结构的其它要求。从制造T艺来说装配质量，焊接次序和悍接规范等也都对焊后内应力r『很大的影响因此不僅在制订工艺时要考虑到这些问题，而在施工过程中对这些工艺规程更必须严格遵守
* 大容量锅炉生物质燃烧机与旋流生物质燃烧机锅炉嘚基本情况*.* 中心给粉旋流生物质粉生物质燃烧炉的提出 值得注意的是，由于各生物质燃烧机间的煤粉分配偏差存在的必然性尤其是当这種偏差较大(达*0%～*0%)时会造成对NO.排放的增加，并且其对墙式布置的影响将更大统计看来，同类燃料的直流生物质燃烧机锅炉产生的NO.比前后墙旋流生物质燃烧机锅炉低*0
%～**%现已在很多锅炉中证实了这一点。因此在控制NO．排放方面直流生物质燃烧机方式较旋流燃烧方式的优势仍昰十分明显的。为大容量气一油混合生物质燃烧机这种双层平流扩散器能够在燃烧空气压力很低时保持大的调节比。一次和二次空气分兩个通道引入在燃烧器的调节范围内，二次空气通过外环形调节阀自动地关小以保证一次空气引入时具有良好的空气动力工况，而达箌良好的混合、着火和燃烧第二只均衡不同阻力的作用。
****年西德电力工业中燃油的比重只占**%．而***0年已上升到*0%****年单只生物质燃烧机热功率仅为* , 0～*．O×*0n大卡／时（燃油量为*00-.*00斤／时）。这一年次制造了热功率为*0.0×*0n大卡／时（燃*由量为*000公斤／时）的油生物质燃烧机采用带有轴姠和径向旋流叶片的扩散器。在当时这种发展被认为是冒进的。
D选择合适的后处理器读取计钟：结果史什将其以图形化格式反映jm来。
這样多的生物质燃烧机在其布置和操作维护方面都是很困难的，更不用说实现燃料一空气自动比例调节了因此要求用于大型化加热炉嘚生物质燃烧炉必须是大能量的。
经验设计原则给出了同心燃烧布置系统一、二次风假想切圆直径取炉膛周边平均长度的*%～l*%亦即一、二佽风喷口轴线偏离炉膛中心的角度大不得大于*。～*。事实上即使对于次风刚度相对并不太弱的烟煤锅炉，当一次风假想切圆直径取经驗设计的上限时就会发生一次风火焰的刷墙，遇煤灰熔点较低时就会引起结渣北仑港电厂*号锅炉为美国CE生产，炉膛断面尺寸为** ***mm×** ***.
*mm宽罙比为. **．假想切圆直径为*.*m。投运之初因燃烧结渣性强的烟煤，生物质燃烧机区域与炉膛上部发生结渣‘*其中炉膛生物质燃烧机区域的結渣与一次风假想切圆直径偏大有关。图l按照当时的设计参数对生物质燃烧机区域射流流动的模拟表明了这一结诠。平圩电厂*00MW机组为哈爾滨锅炉厂有限公司引进CE技术生产锅炉炉膛断面尺寸为*****mmX**
*。图*是对平圩电厂*00MW机组锅炉炉膛燃烧工况的预测，表明其也发生了火焰的刷墙实炉运行在冷灰斗发生的积渣_一为一次风刷墙的预测提供了间接的证据，其没有发生生物质燃烧机区域结渣是由于燃用不结渣煤冷灰鬥的积渣则是一次风刷墙后掉落的灰渣所致。图*平圩电厂*00MW锅炉炉膛设计工况预报锅 炉技术
现在蒸发量为*000吨／时和*000吨／时锅炉已经提到议事ㄖ程上来今后每台锅炉蒸发量要超过*000吨／时。从美国和苏联锅炉制造情况来看单机容量为*000吨／时锅炉几年前就已得出运行结果 油生物質燃烧机点火时，点火油量约为**00公斤／时点火风量在*0～*0。C时为**000米*／时试验得出，该生物质燃烧机的点火是成功的其点火装置采用常鼡的高压电火花点火燃烧器。
目前国外炼油厂管式加热炉用的大能量生物质燃烧机大发热量已达5700万千卡／时。但它不是高强生物质燃烧機国外炼油厂加热炉采用的大能量高强生物质燃烧机发热量一般在500～1500万千卡／时的范围内。炼油厂管式加热炉的用途是加热油品如果局部过热会引起油品变质或结焦，缩短操作周期甚至烧坏炉管，造成事故因此它要求：火焰形状稳定，刚直有力；火焰离炉管应有足夠的距离更不允许火焰舔着炉管。况且炼油厂管式加热炉的大型化不应该是现有加热炉的简单放大和堆砌，它应该具有更高的平均热強度更高的热效率和尽可能小的体积。从这些要求出发大型化的加热炉所用的生物质燃烧炉，不仅应该是大能量的而且还应该是高喥强化燃烧的。
炉膛结渣、高温腐蚀、超温爆管虽然受到多种因素的影响但炉内燃烧工况是其中主要的影响因素，并且在诸多影响因素Φ属于比较容易改变的因素在燃烧技术上采取适当措施，通过改善炉内燃烧工况可以将这些不良影响降低到低程度 *．试验结果 通过锅爐热态试验，得出了适于* 0** t/h燃生物质锅炉的运行方式试验表明：*号炉下层生物质燃烧炉采用浓淡旋流生物质粉生物质燃烧炉后，锅炉可以茬*00
MW的电负荷下稳定运行炉膛负压稳定，主蒸汽压力、主蒸汽温度达到了设计要求经过一系列燃烧调整后，锅炉效率达到**. 0*%锅炉效率提高了0.**%。在额定负荷保持中下排给粉机转速接近，上排给粉机转速不低于*00
r/min,锅炉燃烧的经济性较好；各层二次风挡板全开时运行的经济性优於其它的挡板开庋组合的经济性；两台磨运行的经济性高于三台磨运行的经济性*.*生物质燃烧机及其发展的基本要求
高强生物质燃烧机的優点提高炉管平均热强度，降低造价对于一定的发热量燃烧速率越高，火焰就越小高强生物质燃烧机的燃烧速率一般比自然通风生物質燃烧机高10一15倍。如此高度
(*)四角布置直流生物质燃烧机锅炉的炉膛出口的烟温分布沿着炉膛宽度呈M形特别是靠近旋转气流先期到达一侧嘚偏差峰值更大。偏差的位置相对固定这主要与炉膛气流的残余旋转与水平折转有关J一。炉膛烟气残余旋转强度越大局部烟温偏差亦樾大。
强化的燃烧再加上有些高强生物质燃烧机出口设计成收缩型，必然会产生很高的出口流速有些特殊用途的高强生物质燃烧机，絀口流速高达460米／秒左右生物质燃烧机的高出口流速在炉膛内起到射流作用，造成强烈的炉内烟气循环使炉膛温度和炉管表面热强度嘚分布都很均匀。
旋流生物质燃烧机炉膛的结渣主要发生在生物质燃烧机喷口附近、侧墙和炉膛上部折烟角附近高温腐蚀主要发生在生粅质燃烧机喷口附近与生物质燃烧机区域的侧墙部分。结渣与高温腐蚀的原因除了与煤种和生物质燃烧机的设计与布置有关以外主要与苼物质燃烧机的运行调整有着密切关系。对于贫煤等差煤为了稳定着火，旋流数往往取得较大又加在燃烧器区域加卫燃带，生物质燃燒机区域的热负荷失控燃烧器区域发生局部缺氧，呈还原性气氛这些因素已足以造成结渣的外部环境。真正造成结渣与高温腐蚀的条件还在于熔融或者高温的煤粉颗粒到达壁面前者造成结渣，后者造成高温腐蚀颗粒到达壁面的原因，可能与偏大的旋转射流的旋转强喥及其与旋转射流的空间受限性造成的对自由旋转射流有限扩展的破坏相关从而使旋转射流成为开放型，进而在不同生物质燃烧机射流の间的空间形成强的回流区通过离心作用进入该回流区的煤粉颗粒被卷吸到生物质燃烧机周围的炉壁上。侧墙的结渣与高温腐蚀的成因與此相近炉膛上方的结渣则是煤灰熔点较低，炉膛内燃尽推迟之故
对*号锅炉下层生物质燃烧炉进行了技术改造，采用了中心给粉旋流苼物质粉生物质燃烧炉并进行了空气动力场试验。利用等温模化技术得出模化的一、二次风速，并保持中心给粉生物质燃烧炉与EI-DRB型生粅质燃烧炉的一、二次风量基本相同试验参数和结果如表*所示，图*是中心给粉的空气动力场结构试验表明：生物质燃烧炉具有大且稳萣的回流区，并有较大的扩展角能够满足稳定燃烧的需要，试验结果与试验室冷态试验结果相符
(*)四角布置生物质燃烧机锅炉的过热器與再热器超温爆管虽然有热偏差的内在因素，但是现在看来主要还是材料选用不当所致我国在引进原CE公司高温再热器技术过程中，对高溫过热器与再热器采用T**的抗高温氧化性（耐温**0℃）和对钢研*0*的认识不足用抗高温氧化性较差的钢研*0*（耐温*00～**00C）替代了T**钢，由此导致了一批锅炉高温过热器与再热器的超温与爆管上海锅炉厂有限公司在****年以后生产的*0台锅炉上，高温过热器与再热器全部更换了T**钢未再发生過超温爆管。由此亦表明超温爆管在今后一段时期将不再成为四角切向燃烧锅炉的主要问题。
对于炼油厂管式加热炉来说辐射炉管面岼均热强度是一个极为重要的参数。平均热强度高所需炉管就少，炉子体积小总投资也就少。但是平均热强度不是随便选取的，它受许多条件的约束如炉管金属的允许使用温度、被加热油品的裂解倾向、炉管表面热强度分布的均匀性等。在前两个条件相同的情况下炉管表面热强度分布越均匀，平均热强度也就越高
(*)四角布置生物质燃烧机锅炉的过热器与再热器超温爆管虽然有热偏差的内在因素，泹是现在看来主要还是材料选用不当所致我国在引进原CE公司高温再热器技术过程中，对高温过热器与再热器采用T**的抗高温氧化性（耐温**0℃）和对钢研*0*的认识不足用抗高温氧化性较差的钢研*0*（耐温*00～**00C）替代了T**钢，由此导致了一批锅炉高温过热器与再热器的超温与爆管上海锅炉厂有限公司在****年以后生产的*0台锅炉上，高温过热器与再热器全部更换了T**钢未再发生过超温爆管。由此亦表明超温爆管在今后一段时期将不再成为四角切向燃烧锅炉的主要问题。
建模和网格划分可以运用GAMBIT软件进j J： 下层生物质燃烧炉采用浓淡生物质燃烧炉后，*号锅爐可以在*** MW的电负荷下不投油稳定运行低负荷稳燃能力强。*00*年的助燃油为* ***t*00*年的助燃油为*** t，*00*年的助燃油比*00*年的助燃油降低* *00 t按照每吨燃油* 000え计算，节约**0万元
炉管表面热强度分布的不均匀性包括沿管长和管子圆周的不均匀性两个方面。采用自然通风生物质燃烧机的炉膛烟气擾动不好其传热主要是靠火焰辐射、烟气中的三原子气体辐射和自然对流来完成的。因此炉管表面热强度无论是沿管长还是沿管子圆周都极不均匀。一股的强制通风生物质燃烧机虽然比自然通风的好一些但仍很不理想，采用高强生物质燃烧机时炉膛烟气被强烈扰动傳热主要是靠温度高而均匀的烟气辐射和强迫对流来完成的，火焰辐射的分额相对地减少很多因此其炉管表面热强度分布非常均匀。文獻介绍了在同一台双室立式管式炉内采用一般强制通风生物质燃烧机和高强生物质燃烧机所实测的热强度分布曲线如图3所示。从图3a中可鉯看出采用一般强制通风生物质燃烧机得到的炉管热强度仍很不均匀。为了保证高值处炉管不被烧坏油品不会裂解和结焦，只能将平均热强度取得很低这就使炉管有效利用率降低，炉子体积增大总投资增加。而采用高强生物质燃烧机所得到的炉管表面热强度却非常均匀如图3b所示。这就能将平均强度取得很高仍不会造成高值处炉管烧坏或品结焦从而大大提高了炉管有效利用率，减少了炉子总投资文献认为，采用高强生物质燃烧机对于新建加热炉可以减25%的投资，对于已建的炉子则能相应提高处理能力25%
由于影响煤燃尽度的因素佷多，各因素对燃烧的影响既有互补又有抵消，而且直流生物质燃烧机与旋流生物质燃烧机燃烧技术各自又都在发展，所以综合看來，*类锅炉在燃尽度上并无明显的差别 结 束 语 对*0多年来我国大量引进与引进技术生产的大容量锅炉的应用，需要也有条件进行客观的比較为以后锅炉燃烧型式的选择与技术的发展提供比较客观的意见。
对于引射器来讲可以认为是一个无物理化学反应和热传导的稳态流動问题，其引射空气能力主要取决于紊流状态下的质量和动量交换因此可以建立以下紊流时均流体力学模型。
封和改进生物质燃烧机性能来解决就生物质燃烧机本身需要的过剩空气而言，自然通风一般需要30～50%的过剩空气设计和操作维修好的，也需要20～30%的过剩空气因為自然通风空气的动能小，燃料和空气泥合很差若过剩空气太少，则会产生不完全燃烧对提率反而不利。即使是一般的强制通风生物質燃烧机其生物质燃烧机前的风压，也只有25毫米水柱左右由于其空气动能不够大，要达到完全燃烧也必须有10～15%的过剩空气高强生物質燃烧机一般都采用较高的风压(150～450毫米水柱)供风，并且一般都有预燃筒约束空气使之不会散逸于炉膛，因此它可以在≤5%的过剩空气下完铨燃烧假定排烟温度为400℃，则过剩空气量为5%的高强生物质燃烧炉比过剩空气量是30%的自然通风生物质燃烧机可提率4%排烟温度为200℃时，仍能提率2%仅就这一点而论，高强生物质燃烧炉带来的经济收益也是显著的如一台燃烧发热量为2160万千卡／时的加热炉。
*.*结渣与高温腐蚀问題 每只生物质燃烧机所需要的天然气和重油设备就放置在其下方侧面生物质燃烧机前面可适当放置一些附件装置，可经过一个可动的中間平台来进行操作油由一种移动式气动更换装置迸行更换。
*．由于喷嘴采用了摆动结构喷嘴是借着转轴与风道同定的。除一次风嘴装囿密封环可防血漏风外其余喷嘴的接口四周均有较大的间隙。此外为了保证喷嘴能够摆动，在各喷嘴之间也都留有间距因此，在喷嘴都有一个流道即，二次风与周界风在离开风道后都是经喷嘴内外吹入炉脾的上、下二次风则是被四个二次风喷嘴分割为速度不同的陸股射流，周界风则由围绕着一次风的上下四股射流种两侧两股射流组成在喷嘴摆动角度时，这些喷嘴对其上、下侧的间隙射流起导向莋用
油生物质燃烧机点火时，点火油量约为**00公斤／时点火风量在*0～*0。C时为**000米*／时试验得出，该生物质燃烧机的点火是成功的其点吙装置采用常用的高压电火花点火燃烧器。
影响加热炉效率的主要因素是排烟温度和过剩空气量排烟温度的降低是由增加传热而积和引叺冷源（冷进料、冷空气和冷水等）来解决的。而过剩空气量则靠炉壳的密高强生物质燃烧机所需鼓风机耗电每小时约22度以每度电折合0.3公斤油计算，效率提高4%每年可节约燃料油(x= 635.2吨（每公斤燃料油的热值按1万千卡计）。效率提高2%每年仍能节约燃料油（2160×2%-
减少大气污染，減轻炉管积灰和腐蚀
氧燃烧）在减少大气污染减轻炉管积灰和减轻低温和高温腐蚀方面的作用也是相当明显的。
* 结论*.* NO的排放 气流导向傘采用铲型的叶片。流经导向伞的那一部分空气就在那里得到一个轻度的旋转这样可燃料辐射图*0生物质燃烧机出口处火焰的流线图以加強火炬根部燃料质点和空气的混合。图*0所示为生物质燃烧机出口处火焰的流线图绕过气流导向伞周界的燃烧空气是不旋流的，而是沿轴姠流动的 D选择合适的后处理器读取计钟：结果史什，将其以图形化格式反映jm来
建模及计算网格生成后，就可用FLUENT软件读入由于CFD软件为通用软件，因此必须对计算进行必要的设置*.* 浓淡旋流生物质粉生物质燃烧机
在燃烧过程中，硫被氧化成S02在可以得到足够的空气时，它進一步氧化成SO：。烟气中SO：和0z浓度的关系示于
燃料油中的钒在过剩空气较低的情况下，绝大部分生成高熔点(1967℃)的V2它不会在管子表面形荿坚硬的沉积物也没有腐蚀，因此它基本上是无害的但在过剩空气量较多时，则生成低熔点(800℃)的Vzoo它常和钠结合在一起，混合成低熔混合物沉积在炉管上造成热阻，减少传热降低炉子效率，同时造成高温硫一钒腐蚀
当燃气轮机停止工作，而蒸汽锅炉用新鲜空气运荇时空气输送外环被关闭，而新鲜空气用内部通道已能满足这就是说，用燃气轮机的排气或用新鲜空气能在允许的调节范围内进行工莋 对容量为*0吨／时的重油或相当的气体生物质燃烧机，必须解决气流范围、预先混合和火焰形成等问题为此，设计了一种平行流的
稳萣燃烧是锅炉工作的基础*类生物质燃烧机稳定燃烧的基本方式全然不同，但都具有较好的燃烧稳定性．并且都有继续提高其稳定性的发展潜力 a)建立所研究问题昀物蝉！模蜊，I}f将*啪II象成数学、力学模型；
早在六十年代初德国首先用实验方法证明了低过剩空气燃烧在减少汙染方面的优点。图5表示炉管积灰与过剩空气的关系从图中可以看出，过剩空气量在3%时是个临界点当过剩空气量超过3%时，炉管积灰迅速增加
关于NO．的污染问题，从化学动力学观点来看NO．的生成主要取决于温度，其次才取决于氧浓度当过剩空气减少时，火焰温度井高生成的NO．应增加。但是加拿大海湾石油公司的试验数据表明，烟气中NO．的浓度随过剩空气的减少而减少见文献也指出：高强生物質燃烧机初期的N数据表明，它可能比相等发热量的然通风生物质燃烧机低关于这种反常现象，文献
*.*低负荷稳燃与调峰*.*热态工业试验 为了應对这些新的问题的锅炉工作者进行了持续不断的研究，以往的一些经验值得吸收未来的一些动向值得注意。 在锅炉全部出力范围内生物质燃烧机的过量空气保持不变。在低负荷时燃气轮机的部分排气经锅炉对流烟道旁路排出
均未作出令人信服的解释。
表1的数据还表明在低过剩空气（曳5%）下燃烧，烟气中的SO和微粒含量均很小（SO。仅4～11 ppm V微粒仪0 .18～0.3克／米3烟气）而危害较小的NOz含量却很高(760～1232 ppm v。
此外低过剩空气燃烧的烟气中，三原子气体(C02和水蒸汽)的含量比高过剩空时高而气体辐射主要是靠三原子气体，这对辐射传热显然是有利的
*0卋纪*0年代以前，我国锅炉技术以开发为主国产的大容量锅炉为*00MW。*0世纪*0年代随着我国的改革开放，引进国外大机组和锅炉设计技术时栲虑到我国多年来对*类生物质燃烧机锅炉的认识，还是主要选择了直流生物质燃烧炉锅炉但旋流生物质燃烧机锅炉也有设备与技术的引進。 *)调风器的旋转角、导向叶片的数目和形状、直径以及空气管道的结构；
大容量生物质燃烧机的初步运行经验得出：其运行结果与试验裝置所得出的数据基本上是一致的在火焰稳定性与燃烬方面是良好的。使用气体燃料时炉膛的共振问题有待进一步理论研究，因为有鈈同的、互不相关的因素存在但是，必须强调指出现在已不存在大容量生物质燃烧机本身引起的问题。同样的现象在各地装有小容量苼物质燃烧机的锅炉中也发现这是一个燃烧问题，即生物质燃烧机和炉膛的相互作用问题根据现有的经验．可以指望在不久将来能够淛造出更大的单只容量达*～*.*亿大卡／时(**0～***亿焦耳／时)的生物质燃烧机。目前装有这种生物质燃烧机的锅炉正在制造。但尚未确定今后昰否还要进一步增大生物质燃烧机的容量。
旋流生物质燃烧机锅炉也存在结渣与高温腐蚀问题例如，出东德州电厂*00MW锅炉就发生了严重嘚结渣。
低过剩空气燃烧有如此多的好处引起了人们的极大重视。但对于自然通风和一般制通风生物质燃烧机来说即使人们付出极大嘚努力来改进它们的结构，仍不能达到理想的效果只有在高强生物质燃烧机问世之后，在如此低(≤5%)的过剩空气下完全燃烧才能变成现实
本文包括在选择和设计生物质燃烧机时，确定一二次风的流通截面积生物质燃烧机开口计算所必须的概念，以及主生物质燃烧机和乏氣生物质燃烧机在炉墙上的布置和燃烧室断面和容积计算的推荐生物质燃烧机的计算和确定燃烧室的主要特性qv、qF、qL密切联系起来是推荐嘚特点。因此工作的终结果不仅是生物质燃烧机结构、数量和布置的选择，而且还由燃烧条件燃烧器的功率和生物质燃烧机的布置确萣了炉膛尺寸。这样考虑问题比迄今为止还只是根据一个参数qv来求得炉膛尺寸要更精确旋流器及其阻力计算将附带给出。
其次是流体设置设为甲烷一空气混合物。对于其它非天然气生物质燃烧机可以通过改变甲烷的物性参数来实现，即以甲烷来代表燃气
*0世纪*0年代以湔，我国锅炉技术以开发为主国产的大容量锅炉为*00MW。*0世纪*0年代随着我国的改革开放，引进国外大机组和锅炉设计技术时考虑到我国哆年来对*类生物质燃烧机锅炉的认识，还是主要选择了直流生物质燃烧炉锅炉但旋流生物质燃烧机锅炉也有设备与技术的引进。型生物質燃烧机其结构见图*；喉部导流要求成直线型气流，不带旋转且不分成一次风和二次风。风箱的形状和结构是根据冷态试验确定的泹要求喉部能获适当的燃烧空气。
生物质燃烧机是炼油厂主要噪声源之没有隔声罩的自然通风生物质燃烧机噪声级一般是100～110分贝(A声级)。高强生物质燃烧机的噪声级与一般强制通风生物质燃烧机的相似比等量的自然通风生物质燃烧机低15—20分贝（A声级）。
高强生物质燃烧机嘚另一个优点是它能烧宽范围的燃料：从高压高热值的炼厂气到低压低热值的废气；从极轻的汽油到极重的渣油、沥青甚至泥煤。这一點对现代炼油厂也是很有意义的因为石油深度加工的结果是残渣油越来越重，同时还产生一些低压低热废气达些燃料用原来的自然通風生物质燃烧机来燃烧是很困难的。
高强生物质燃烧机是怎样
前CE公司开发了双切圆低NO燃烧系统CFSI型与CFSII型。其CFSI型设计上超越了传统的同心布置系统CFSI型实际上也可以看作传统的同心射流的一种拓展。主要在于二次风远远偏离一次风之所以一些锅炉上没有严重地出现同心射流哃时放大假想切圆直径那样必然会出现的结渣与高温腐蚀后果的实质原因在于，由于一、二次的夹角较大在一次风被上游射流吹到与同角上下层二次风相会之前，一次风的偏转空间已经被上下层的二次风的扩展所封闭
模拟计算具体分为以下的工作。 发达工业化电网的峰穀差都比较大我国正在向工业化发展，因而对机组的低负荷稳燃与调峰的要求日益提高*锅炉燃烧设备简介及存在的问题大容量直流生粅质燃烧机与旋流燃烧机锅炉的燃烧技术分析与性能对比
高度强化燃烧的燃料燃烧包括物理过程和化学过程。物理过程主要是燃料的蒸发鉯及燃料和空气的扩散混合化学过程主要是燃料分子的分解和可燃元素与氧的化合。就过程进行的速率而言化学过程比物理过程迅速嘚多。因此生物质燃烧机的首要任务是加速物理过程，而强化燃烧也首先是要强化物理过程
二、生物质燃烧机摆动角度及炉膛切角的影响 需要指出的是，如果只对*/*的对称体积进行建模还应设好两个对称平面作为边界条件。的雾化这一点高强生物质燃烧机也不例外。除这点外高强生物质燃烧炉主要是通过配风和预燃筒来强化燃烧的。
在配风方面高强生物质燃烧机比自然通风和一般强制通风都大大強化了。它采用较高的风压(150～450毫米水柱)供风为空气提供了足够的动能，并在一个限制空间（预燃筒）内产生强烈的旋流或涡流使燃料與空气的混合过程大大地强化了。
高强生物质燃烧机都采用预燃筒它是一个专用燃烧室，不像一般生物质燃烧机那样用炉膛兼作燃烧室预燃筒至少可以起两个作用：约束空气，保证旋流或涡流流型的实现完
经验设计原则给出了同心燃烧布置系统一、二次风假想切圆直徑取炉膛周边平均长度的*%～l*%，亦即一、二次风喷口轴线偏离炉膛中心的角度大不得大于*～*。事实上，即使对于次风刚度相对并不太弱嘚烟煤锅炉当一次风假想切圆直径取经验设计的上限时，就会发生一次风火焰的刷墙遇煤灰熔点较低时就会引起结渣。北仑港电厂*号鍋炉为美国CE生产炉膛断面尺寸为** ***mm×** ***.
*mm，宽深比为. **．假想切圆直径为*.*m投运之初，因燃烧结渣性强的烟煤生物质燃烧机区域与炉膛上部发苼结渣‘*，其中炉膛生物质燃烧机区域的结渣与一次风假想切圆直径偏大有关图l按照当时的设计参数对生物质燃烧机区域射流流动的模擬，表明了这一结诠平圩电厂*00MW机组为哈尔滨锅炉厂有限公司引进CE技术生产，锅炉炉膛断面尺寸为*****mmX**
*。图*是对平圩电厂*00MW机组锅炉炉膛燃烧笁况的预测表明其也发生了火焰的刷墙。实炉运行在冷灰斗发生的积渣_一为一次风刷墙的预测提供了间接的证据其没有发生生物质燃燒机区域结渣是由于燃用不结渣煤，冷灰斗的积渣则是一次风刷墙后掉落的灰渣所致图*平圩电厂*00MW锅炉炉膛设计工况预报锅 炉技术
对容量為*0吨／时的重油或相当的气体生物质燃烧机，必须解决气流范围、预先混合和火焰形成等问题为此，设计了一种平行流的 为了适应环境保护对电站N().量控制的严格要求自***0年起前CE公司先后开发了炉膛内整体空气分级(()FA)、双切圆燃烧系统c
CFSI、CFSII)、低N()．双切圆燃烧系统(LNCFS，即CFS+OFA)等低NO．燃燒方式。我国在引进机组和引进技术的国产机组上也应用了低NO燃烧技术，取得了良好的效果 d)选择适当的算法，设定』{体的控制求解过科和计算精度要求；
成与燃料强烈混合供给燃烧而不至散逸刁：炉膛；保持燃烧区的高温。这一点对于炉膛温度低的炼油厂管式加热炉尤为重要现在用的自然通风或一般强制通风生物质燃烧机都没有预燃筒，火焰处在有吸热面的炉膛内因此火焰温度高仅达1300～1400℃，火焰尾部只有800—1000℃而在预燃筒内，一般可达1800℃以上甚至接近理论燃烧温度(2000。这样高的温度大大加速了燃料的蒸发、分解和氧化过程采用預燃筒存在结焦和耐火材料寿命短两个问题。这就要求配风与油喷嘴的雾化特性（主要是雾化角）有良好的配合采用高温性能良好的耐吙材料。恰当配风使燃烧空气适当冷却耐火材料表面，使之保持在允许的使用温度范围内这也是高强生物质燃烧机设计中一个值得重視的问题。
简言之高强生物质燃烧机主要是通过燃料同空气的强烈混合，以及预燃筒提供的高温来高度强化燃烧的
介绍两种高强生物質燃烧机
四角切圆锅炉炉膛出口烟温偏差与过热器、再热器热偏差主要与炉内残余旋转有关。
FLUENT是目前国际J．．【匕较流行的商川CFD软件包咜具有丰富的物理模型、先进f|，J数他处J:lll方法及强大的前后处理功能住航伞航人、，i|i计、石油天然气、涡轮机设计等万Ⅲ部仃竹J、泛的應用。本研究拟通过FLUENT刈人‘C』弋生物质燃烧机的jl射器进行模拟研究，计算相应的速J芟场、浓度场、压力场等参数分析引射器的空气Cl射能力和。I射器出口的燃气空气混合均匀性
直流生物质燃烧机锅炉从各个角上喷出的射流在炉膛中形成大的旋转火球。整个炉膛相当于一個大的生物质燃烧机锅炉着火性能优越，炉内混合强烈炉膛四壁的热负荷分布比较均匀。煤粉在炉内停留时间较长易于燃尽。其优勢在于充分利用各单个生物质燃烧机之间相互配合的强大作用
下面介绍两种高强生物质燃烧机的原理和结构，以供参考
环形涡流生物質燃烧机是英国额寇哈特(Urq-uhart)工程公司和日本渥尔卡诺(Volcano)有限公司共同制造出售的。它由油喷嘴和燃料气喷嘴、点犬喷嘴以及环形涡流预燃筒组荿
燃料油可以是轻油，也可以是渣油、焦油、沥青等重质油油喷嘴可以是外混式空气雾化、内混式高压蒸汽（空气）雾化或机械雾化嘚。操作参数如表
燃料气可以是炼油厂各装置的副产气、氢气和其它废气等。燃料气喷嘴是外混式的燃料气压力应大于燃烧空气压力，通常是1000毫米水柱～2公斤／厘
点火喷嘴共3个烧丙烷气体或其它燃料气。燃料气压力0.1～0.5公斤／厘发热量1～5X104千卡／时点火电压初级100或200伏，佽级6000伏
环形涡流预燃筒由耐火砖砌成。外部钢壳夹套内走燃烧空气大部分燃烧空气从预燃筒出口处沿筒壁高速进入预燃筒，与燃料流股一起形成涡流环（或称环形涡流）见环形涡流的持久作用是保证雾化的燃料微粒同燃烧空气强有力地连续混合。同时燃烧空气在进入預燃筒的过程中由于卷人一部分热气体和从耐火砖壁吸热而被迅速地加热到10
00℃左右，而预燃筒壁的耐火砖被保持在允许的温度范围内鉯保证有足够长的使用寿命。n 单环形涡流
转在生物质燃烧机出口中心附近形成稳定的、合适的轴向回流区旋流生物质燃烧机的旋转强度決定旋流生物质燃烧炉的工作特性。旋流强度既要足够的大以满足稳定着火的需要同时又要避免过大的旋流强度造成火焰刷墙，引起生粅质燃烧机区域炉壁结渣在中小容量的锅炉中，主要采用单面墙布置的方式在大容量锅炉中，随着炉膛容积的增大都采用前后墙布置的方式。从单个旋流生物质燃烧机特点来看前期的混合比较强烈，后期的混合显得比较薄弱利用前后墙对冲布置的方式就弥锅炉补叻后期混合的不足。*浓淡旋流生物质粉生物质燃烧机在*0**
t/h锅炉上的应用 导则的适用范围和推荐的燃烷器型式 *)喷嘴上喷孔的数目和排列位置油／蒸汽压力比例和雾化蒸汽的消耗量。
涡流预燃筒有单环形(ST)和双环形(DT)两种其结构尺寸见图7单环形涡流生物质燃烧机产生理想的火焰，並造成有利于传热的炉膛烟气再循环它适用于炼油厂各种加热炉，废液、废气处理炉废渣焚烧炉等。双环形涡流生物质燃烧机在预燃筒内完全燃烧产生极干净的烟气。因此它多用于干燥或煅烧陶瓷、洗净剂、涂料纸、食品填料和化学等直接烧火的空气加热炉也用于浸没燃烧和矿石冶炼、焙烧。
单环形涡流生物质燃烧机的燃烧空气压降ST-2和ST-4为100毫米水柱，其余为300毫米水柱双环形涡流生物质燃烧机的空氣压降与烧油量的关系绘于
样，一次风也难以到达下游壁面但是，若一次风相对刚度过弱二次风偏角过大，造成贴壁燃烧仍有可能慥成结渣或高温腐蚀。石洞口二厂CE-SULSER制造的锅炉采用CFSI型燃烧器布置，燃烧煤灰熔点低的神木煤与晋北烟煤炉膛也存在较严重的结渣，导致再热气温超温幸好吹灰器投运情况较好，投运率可达**%现锅炉可带*00MW负荷，主要依靠吹灰器短间隔投运炉内结渣仍是威胁运行主要问題口一。据我们分析其原因也在这里。国内锅炉改造中采用浓淡分离技术与CFSI型的一、二次风布置造成高温腐蚀，其原因大概也在于此
生物质燃烧机的结构和试验研究 导则的适用范围和推荐的燃烷器型式
生物质燃烧机是旋流式生物质燃烧机的一种类型，它是由加拿大海灣石油公司研制的它由喷嘴、燃烧气喷嘴、点火喷嘴、调风器和预燃筒组成。
油喷嘴是一种利用声学能雾化的喷嘴其原理示意于图10。
霧化剂（如蒸汽）从切向进入涡流室产生旋转运动，到达喉部时大部分压力能转化成功能通j』=喉部到扩张管出『：I处，一部分动能转囮成声学能当燃科油与雾化剂气
*．生物质燃烧机顶部装有顶部风喷嘴。这是为减少在燃烧中形成NO;r所采取的主要措施这部分风量占总风量的**%，但计算时它不包括在燃烧所需要的风量内。*.*.*低负荷稳燃试验
直流燃烧方式的生物质燃烧机射流在喷入炉膛时本身无旋转生物质燃烧机通常布置在炉膛*个角上，依靠上下游射流的相互点火作用稳定燃烧；直流生物质燃烧机通常分携带煤粉的一次风与起助燃作用的二佽风生物质燃烧机喷口布置于炉膛生物质燃烧机区域的*个角上，生物质燃烧炉的布置形式随煤种而变对于中质以上的烟煤由于比较容噫着火而采用一、二次风喷口间隔布置的均等配风法，并且采用直吹式制粉系统对于贫煤与无烟煤，为了稳定着火采用中间储仓制热風送粉方式，并且为了减少着火初期与二次风的混合故通常采用一、二次风相对分别集中布置。在直吹式制粉系统中为合理组织炉膛運行工况，同一层一次风生物质燃烧机与同一台磨煤机相连并且采取措施减少各个角上风、粉分配的不均匀性。随着锅炉容量的增大苼物质燃烧机的数目增多，生物质燃烧机组的高度相应增加
通过锅炉热态试验，得出了适于* 0** t/h燃生物质锅炉的运行方式试验表明：*号炉丅层生物质燃烧炉采用浓淡旋流生物质粉生物质燃烧炉后，锅炉可以在*00 MW的电负荷下稳定运行炉膛负压稳定，主蒸汽压力、主蒸汽温度达箌了设计要求经过一系列燃烧调整后，锅炉效率达到**. 0*%锅炉效率提高了0.**%。在额定负荷保持中下排给粉机转速接近，上排给粉机转速不低于*00
r/min,锅炉燃烧的经济性较好；各层二次风挡板全开时运行的经济性优于其它的挡板开庋组合的经济性；两台磨运行的经济性高于三台磨运荇的经济性
生物质燃烧机前空气压力：150～300毫米水柱调风器有两种：涡壳式和固定切向叶片式。后者比前者的优点多其优点为：不必在燃料喷头处用扰流器也能得到均匀的空气分布，便于用监视器观察火焰； (2燃烧空气压降小涡壳式为300毫米水柱，功向叶片式为150毫米水柱； 切向叶片式重量和体积均比涡壳式减少30%左台
目前我国炼油厂催化裂化装置中，健化剂的回收设备大部分是采用杜康型旋风分离器这种旋风分离器由于回收效率较低，造成大量催化剂跑损据75年调查，全国催化剂的年跑损量为2万吨左右这样既造成大量昂贵物资的浪费，哃时又带来了污染问题因此研制一种适合于催化裂化装置的旋风分离器就成为一个重要的课题。
值得注意的是由于各生物质燃烧机间嘚煤粉分配偏差存在的必然性，尤其是当这种偏差较大(达*0%～*0%)时会造成对NO.排放的增加并且其对墙式布置的影响将更大。统计看来同类燃料的直流生物质燃烧机锅炉产生的NO.比前后墙旋流生物质燃烧机锅炉低*0 %～**%。现已在很多锅炉中证实了这一点因此，在控制NO．排放方面直流苼物质燃烧机方式较旋流燃烧方式的优势仍是十分明显的
本文把直管引射器作为例子，演示突破传统燃气参考书上引射器只能选择I型、II型和III型的模式简化引射器采用D*0 mm的管，K度为*00mm，燃气喷嘴直径为* mm几何结构见图*，计算网格图见图* 设计佳结构和确定隹工况的推荐方法適用丁旋流式*煤粉生物质燃烧机，被采用在固态或液态除渣、『式成、峰开式炉膛，燃用无烟煤屑、半无烟煤或贫煤*.*热态工业试验
根據原石化部下达的科研任务，于19 75年组成了以上海化工研究院为主有关单位参加的协作组，开展了旋风分离器的试验研究工作在四年多嘚时间里，先后进行了老杜康（Dr型）、改进杜康(DX、DⅢ型)及布埃尔（B型）四种型式旋风分离器的冷态性能试验评选出了两种性能较优的旋風分离器，可供设计时选用试验用旋风分离器的。
大量的测量证实燃烧情况是良好的测量数据如图*所示。燃烧是能够按化学当量值进荇的因而烟气中一氧化碳含量、同体物质和炭黑都是较少的。这些测量还证实小间距多只生物质燃烧机布置对炭黑数和固俸物质溅出並没有多大影响。
结渣与高温腐蚀与煤种、锅炉容量、生物质燃烧机的热功率以及炉膛热负荷、炉膛生物质燃烧机区域的热负荷的设计等囿关这些因素在常规的锅炉设计中都是加以重点考虑的对象。因而大多数的情况下，面对具体锅炉的严重结渣或者高温腐蚀现象无法从这些因素中找出设计的缺陷。实际上结渣与高温腐蚀问题往往是由至今难以把握与预料的燃烧器区域复杂组合射流运动的工况的不良所致。
试验的首要目的是求得佳的生物质燃烧机这将要求在下列各方面处于佳状态： *00MW燃用贫煤锅炉的水冷壁高温腐蚀和强结焦性烟煤忣存在卫燃带燃用无烟煤锅炉中的结焦问题，成为目前国内锅炉的主要问题
*，项是必要的它能保证*个法向应力的总和等于*倍紊流动能觚在此定义为吉巧丐）。比例因子∥是紊流粘性系数，它与分子粘性系数相反不是流体特性，而是强烈地依赖紊流状态从流场的一個点到另一个点，从一种流动到另一种流动它都可能有显著的变化。雷诺应力分量的耗散与单位质量的流体脉动动能耗散率F有关而e在紊流模式中是一个极为重要的参数。为确定这一参数在高雷诺数流动中，局部各向同性占优势耗散率e等于分子运动粘性系数乘以脉动強度(*u，／*xF。
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